每日摘要:結球萵苣控制葉球形成的分子機制(PNAS)

2021-02-23 植物類SCI摘要

Hope everybody can study well and make progress every day!

Upregulation of a KN1 homolog by transposon insertion promotes leafy head development in lettuce

背景回顧：Leafy head is a unique type of plant architecture found in some vegetable crops, with leaves bending inward to form a compact head.

提出問題：The genetic and molecular mechanisms underlying leafy head in vegetables remain poorly understood.

主要研究：We genetically fine-mapped and cloned a major quantitative trait locus controlling heading in lettuce.

結果1-克隆基因：The candidate gene (LsKN1) is a homolog of knotted 1 (KN1) from Zea mays.

結果2-遺傳互補與基因敲除：Complementation and CRISPR/Cas9 knockout experiments confirmed the role of LsKN1 in heading.

結果3-結構變異：In heading lettuce, there is a CACTA-like transposon inserted into the first exon of LsKN1 (LsKN1▽).

結果4-插入轉座子作用：The transposon sequences act as a promoter rather than an enhancer and drive high expression of LsKN1▽.

結果5-必要不充分：The enhanced expression of LsKN1▽ is necessary but not sufficient for heading in lettuce.

結果6-下遊基因：Data from ChIP-sequencing, electrophoretic mobility shift assays, and dual luciferase assays indicate that the LsKN1▽ protein binds the promoter of LsAS1 and down-regulates its expression to alter leaf dorsoventrality.

結論：This study provides insight into plant leaf development and will be useful for studies on heading in other vegetable crops.

葉球（leafy head）是植物結構的一個獨特類型，常見於某些蔬菜作物中，具體表現為葉子向內彎曲形成包裹完全的葉球。蔬菜中控制葉球形成的遺傳和分子機理還不清楚。本文中，作者精細定位到了一個控制萵苣葉球形成的主效數量性狀位點，並成功克隆到了該基因。候選基因LsKN1是玉米中knotted 1基因的一個同源基因。遺傳互補和CRISPR/Cas9敲除試驗驗證了LsKN1基因在葉球形成中的作用。在能夠形成葉球的萵苣中，LsKN1基因的第一個外顯子上插入了一個CACTA類轉座子，即LsKN1▽。相比於增強子，該轉座子更可能是作為啟動子驅動LsKN1▽更高的表達。LsKN1▽的高表達對於萵苣葉球的形成是必需的，但並不是充分的。ChIP-seq、EMSA以及雙螢光素酶試驗顯示，LsKN1▽蛋白會結合到LsAS1基因的啟動子，下調該基因的表達，從而改變葉片的背腹性。本文的研究為植物的葉片發育提供了新的視野，同時也為其他作物中葉球的研究提供了參考。

匡漢暉

個人簡介：

1988年，江西農業大學，學士；

1991年，北京林業大學，碩士；

1998年，喬治亞大學，博士；

1998-1999年，以色列海法大學，博後；

1999-2003年，加州大學戴維斯分校，博後；

2003-2007年，加州大學伯克萊分校，Associate Specialist；

2008年-至今，華中農業大學，教授。

研究方向：主要研究方向蔬菜特異形狀的遺傳和分子機理。以萵苣為主要研究對象，同時研究具有與萵苣類似特異器官的甘藍類和芥菜類蔬菜。

1. 生菜、芥菜和甘藍結球性狀形成的遺傳和分子機理；

2. 生菜葉缺刻、大小、葉緣捲曲等葉型形成的遺傳和分子機理；

3. 莖用蔬菜（萵筍、榨菜、苤藍）莖大小控制基因的克隆；

4. 萵苣中的花期控制機制、馴化等重要性狀；

5. 萵苣的代謝基因組學。

doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2019698117

Journal: PNAS

Published date: Dec 29, 2020

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